Fabricação e caracterização de dispositivos piezoelétricos do modo de espessura para atomização e acoustofluidos

Essas técnicas podem ser usadas para responder perguntas sobre frequência de ressonância, excitação do modo vibracional, amplitude de vibração e como transdutores com essas características funcionam como atomizadores. Com as informações fornecidas por essas análises, é possível quantificar rigorosamente os efeitos de variáveis independentes e experimentos envolvendo transdutores do modo de espessura. Essa técnica permite o desenvolvimento de dispositivos que podem ser usados para atomizar drogas para o tratamento de doenças respiratórias, como pneumonia.

Esses métodos são úteis para caracterizar fenômenos de atomização e podem ser aplicados ao estudo de ondas capilares na superfície de uma gotícula. Como muitos fatores concorrentes devem ser equilibrados, pode ser difícil alcançar a atomização contínua. Ajuste a entrada de energia, a posição do pavio e a orientação do pavio e observe como o comportamento muda.

Muitas dessas técnicas são simples de serem exetreem após a demonstração, mas exigem alguma destreza e consciência espacial que não se deparam no texto. Para montar um suporte de transdutor personalizado, soldar dois contatos de mola de montagem de superfície para cada uma das duas placas de circuito impresso personalizados e cortar os contatos externos para que eles não curtom o circuito. Pressione encaixar os espinhos nos orifícios banhados nas placas personalizadas, de tal forma que os espinhos se afastem um do outro.

Use espaçadores de placa e parafusos para conectar as duas placas de circuito personalizadas para que os contatos estejam apenas em contato entre si. Ajuste o espaçamento com arruelas plásticas conforme necessário. Em seguida, deslize um transdutor de 3 x 10 milímetros entre o par interno de contatos.

Para identificar a frequência de ressonância por análise de impedância, conecte um transdutor à porta aberta do analisador de rede e selecione o parâmetro de coeficiente de reflexão S11 através da interface de usuário do analisador de rede. Selecione a faixa de frequência de interesse e realize a varredura de frequência. Em seguida, selecione salvar dados de rastreamento e salvar dados de rastreamento para exportar os dados para um programa de software de processamento de dados apropriado para identificar os locais mínimos precisos.

Para caracterizar a vibração por LDV, coloque um transdutor em contato com a placa de pogo no estágio LDV e conecte a sonda pogo ao gerador de sinal. Certifique-se de que o objetivo correto seja selecionado no software de aquisição e concentre o microscópio na superfície do transdutor. Selecione definir pontos de varredura e configurações.

Uma única varredura de ponto dá ao usuário amplitude de vibração em um único ponto. Para determinar o modo de vibração e ressonância, uma varredura de área deve ser realizada. Na guia geral, selecione a opção FFT ou tempo, dependendo se a varredura está sendo realizada em frequência ou domínio de tempo e defina o número de médias.

Na guia do canal, certifique-se de que as caixas ativas sejam verificadas e ajuste os canais de referência e incidente para selecionar a força máxima do sinal do substrato. Na guia geradora, se a medição for realizada sob sinal de frequência única, selecione Sine na lista de retirada de forma de onda. Se estiver sob uma única banda, selecione MultiCarrierCW.

Em seguida, na guia de frequência, altere a largura de banda e as linhas FFT para ajustar a resolução de varredura para uma varredura de domínio de frequência. Se as medições de domínio de tempo estiverem sendo realizadas, altere a frequência da amostra na guia de tempo. Para criar o sistema de fornecimento de fluidos, selecione um pavio de 2 milímetros de comprimento de 2 milímetros de comprimento composto por um feixe de fibras de um polímero hidrofílico projetado para transportar líquido de aquiesce.

Apare uma extremidade do pavio para formar uma ponta assimétrica e, em seguida, insira-a em uma seringa de bloqueio Luer com a capacidade desejada, permitindo que o pavio se estenda a 15 milímetros além do final. Coloque uma ponta de seringa na seringa fornecendo um ajuste confortável ao redor do pavio e monte o conjunto de tal forma que o pavio esteja a 10 a 90 graus da horizontal e a ponta do pavio esteja apenas em contato com a borda do transdutor. Em seguida, encha a seringa com água.

Coloque a tensão a zero e aplique um sinal de tensão contínua na frequência de ressonância determinada pelo analisador de impedância. Aumente a tensão até que o líquido seja atomizado continuamente sem que o dispositivo alague ou seque. Se os ajustes sugeridos falharem, endureça a superfície de ouro do transdutor perto do ponto de contato do pavio com lixa fina sem remover totalmente o ouro.

Para observar a dinâmica do dispositivo através de imagens de alta velocidade, monte rigidamente uma câmera de alta velocidade horizontalmente em uma tabela óptica e coloque um transdutor em contato com a placa pogo em um estágio XYZ perto da distância focal da câmera. Posicione uma fonte de luz difusa pelo menos uma distância focal no lado oposto do transdutor da câmera e use uma pipeta para colocar uma gota de sessile na superfície do transdutor. Ajuste o foco da câmera e a posição XYZ para trazer a amostra de fluido em foco nítido e selecione uma taxa de quadros que seja pelo menos duas vezes maior que esta frequência de acordo com a taxa de Nyquist para evitar o aliasing.

Ajuste a intensidade da luz, o obturador da câmera ou ambos para otimizar o contraste entre o fluido e o fundo. Em seguida, conecte clipes de jacaré do gerador de sinal amplificado aos condutores da sonda pogo e capture o fenômeno acionando simultaneamente o vídeo no software da câmera e aplicando o sinal de tensão. Para análise de dispersão a laser do tamanho da gotícula, ajuste os módulos de transmissão a laser e receptor a laser ao longo do trilho do sistema de dispersão a laser com uma distância de 20 a 25 centímetros entre os dois módulos.

Montar rigidamente uma plataforma nesta lacuna de tal forma que quando os conjuntos de alimentação de transdutores e fluidos forem colocados sobre ele, a névoa atomizada será ejetada no caminho do feixe de laser. Para facilitar esse alinhamento, ligue o raio laser e selecione ferramentas, controle a laser e laser ligado. Conserte o buraco do transdutor na plataforma.

Fixar o conjunto de suprimentos de fluidos em um braço articulado. Posicione o conjunto de alimentação de fluidos para que a ponta do pavio esteja apenas em contato com a borda do transdutor e use clipes de jacaré para conectar a fonte de sinal aos terminais de espeto no suporte do transdutor e clique em novo procedimento operacional padrão no software do sistema de dispersão a laser. Defina o modelo como contínuo padrão e o período de amostragem para 1.

Em manuseamento de dados, clique no perfil spray para definir o comprimento do caminho para 20 milímetros. Clique em alarmes para desmarcar os valores padrão de uso e definir a transmissão mínima para 5 e 1% e a dispersão mínima para 50 e 10. Quando todos os parâmetros tiverem sido definidos, clique em iniciar o procedimento operacional padrão e selecione o procedimento criado.

Encha o reservatório de abastecimento de fluidos com água até o nível desejado e observe o volume. Uma vez iniciada a medição, ligue o sinal de tensão e inicie o cronômetro assim que a atomização começar. Uma vez que o volume desejado de fluido tenha sido atomizado, desligue o sinal de tensão enquanto pára o cronômetro e regise o volume final.

No histograma de medição resultante, selecione a porção dos dados durante os quais a atomização estava ocorrendo como esperado e o sinal no receptor era forte o suficiente para ser estatisticamente significativo. Clique em média e bem para gerar uma distribuição com base nos dados selecionados. Em seguida, copie e os dados em um arquivo de texto e salve com um nome de arquivo apropriado.

A caracterização desses dispositivos inclui determinação da frequência ressonante e harmônica utilizando um analisador de impedância. Nesta análise representativa, verificou-se que a frequência fundamental dos dispositivos era próxima de sete mega-hertz, como previsto pela espessura do substrato. Outra caracterização usando vibrometria doppler laser não contato pode ser usada para determinar a magnitude e o deslocamento do substrato, que geralmente está na faixa de nanômetros.

Além disso, a vibração da gotícula pode ser avaliada por imagens de alta velocidade e a dinâmica de atomização pode ser determinada medindo a distribuição do tamanho da gotícula. Lembre-se que para alcançar a atomização, o transdutor deve estar operando em uma frequência de ressonância do modo de espessura. Se o dispositivo estiver com baixo desempenho, então você pode não estar na frequência correta.

Usando este protocolo como base, muitos parâmetros de modo de espessura podem ser variados e comparados, como espessura de eletrodos ou dimensões laterais. Tendo estabelecido este protocolo com água, transdutores do modo de espessura agora podem ser usados com outros fluidos para aplicações como entrega de drogas pulmonares, resfriamento e codificação.